穆曉靜++張文青

摘 要：在所有學(xué)習(xí)經(jīng)驗中對學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)收獲的評價是必要的。新的技術(shù)促進(jìn)了新的內(nèi)容類型的使用，如教育游戲。與傳統(tǒng)活動相比它們有很強(qiáng)的交互性而且對所有形式的評估來說它們都是強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)資源。本文討論了以評價為目的運用學(xué)習(xí)分析技術(shù)研究學(xué)生與游戲進(jìn)行交互的方式，并提出了一些評價的方法，希望對后續(xù)研究有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：學(xué)習(xí)分析；教育游戲；教育評價

中圖分類號：G40-058.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-8454（2015）09-0014-04

一、引言

所有知識領(lǐng)域的教師都在逐漸使用新技術(shù)去提高他們的教學(xué)實踐。其中，他們開始使用基于游戲的學(xué)習(xí)活動區(qū)來探索新的方式去教育他們的學(xué)生。有研究指出，電子游戲的高交互性、契約和挑戰(zhàn)性的特征會影響學(xué)習(xí)過程，增加學(xué)生的動機(jī)和學(xué)業(yè)績效。然而，評估在教育環(huán)境中是處于中心地位的，教學(xué)設(shè)計者必須保證他們方法的正確性，因此教師需要追蹤學(xué)生的進(jìn)度，測量學(xué)生知識和技巧的獲得，這樣就需要使用測試的方法。在游戲中學(xué)生以一種確定的速度不斷地解決問題，這種速度的設(shè)計是為了使游戲有挑戰(zhàn)性而且不讓人失望，但任何形式的測試或者問卷都被認(rèn)為是沉浸氣氛的一種破壞和中斷。[1]在游戲中追蹤學(xué)生的交互和提取過程的總結(jié)將是一種很好的學(xué)習(xí)評估方法。但這樣做，教師就需要工具去分析來自游戲的數(shù)據(jù)。學(xué)習(xí)分析技術(shù)就能作用在學(xué)生與游戲交互的數(shù)據(jù)搜集的可視化上。

二、學(xué)習(xí)分析技術(shù)和教育游戲評價

學(xué)習(xí)分析是近年來教育技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展的新熱點，它是運用先進(jìn)的分析方法和工具預(yù)測學(xué)習(xí)結(jié)果、診斷學(xué)習(xí)中發(fā)生的問題、優(yōu)化學(xué)習(xí)效果的一類教學(xué)技術(shù)的集合。雖然傳統(tǒng)教學(xué)過程中為了提高教學(xué)質(zhì)量也評估學(xué)生成績、分析教學(xué)過程，但這些活動中采集的數(shù)據(jù)往往非常有限，而且分析結(jié)果用于干預(yù)教學(xué)的周期過長，效果較差。隨著教學(xué)資源越來越網(wǎng)絡(luò)化，以及基于網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)方式的普及，我們能夠獲取的學(xué)習(xí)行為和學(xué)習(xí)結(jié)果數(shù)據(jù)也更加豐富。這就為學(xué)習(xí)分析技術(shù)的產(chǎn)生和應(yīng)用奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)，并提出了迫切的需求，使之進(jìn)入人們的視野并迅速發(fā)展。[2]

教育游戲是教育和游戲有效整合的合成物，其目的是促進(jìn)學(xué)生更有效地學(xué)習(xí)。從廣義上來看，教育游戲“是一種競爭性的練習(xí)，其目標(biāo)是獲得勝利，同時選手必須運用學(xué)科知識或其它有用的知識促進(jìn)練習(xí)并獲得勝利”。從狹義上看，教育游戲是“能夠培養(yǎng)游戲使用者的知識、技能、智力、情感、態(tài)度、價值觀，并具有一定教育意義的計算機(jī)游戲類軟件。[3]

既然教育游戲?qū)W(xué)習(xí)的促進(jìn)作用如此大，那么我們?nèi)绾沃缹W(xué)習(xí)者在游戲后是否有進(jìn)步呢？這就需要相應(yīng)評價方法的使用。游戲開發(fā)商為了更好地了解用戶怎樣玩游戲、發(fā)現(xiàn)錯誤和提高玩游戲的體驗，就會使用一系列的分析技術(shù)。而且現(xiàn)有的游戲分析技術(shù)的設(shè)計經(jīng)常是只限游戲的，不會包括教育環(huán)境中特殊的要求。這時，我們就可以使用學(xué)習(xí)分析技術(shù)來對教育游戲中學(xué)生產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并且在一個游戲會話中交互是非常強(qiáng)烈的，所以應(yīng)用學(xué)習(xí)分析技術(shù)的潛在的可用數(shù)據(jù)會很大，但這個方法最大障礙中的一個就是游戲多變的種類，流派和類型。這就很難為教育游戲創(chuàng)造一種綜合性的可以被廣泛應(yīng)用的學(xué)習(xí)分析模型。為了維持管理成本，本文提議一種兩步式的方法去應(yīng)用學(xué)習(xí)分析：首先定義一種簡單的通用的可以運用于任何種類游戲的痕跡和報告，然后通過結(jié)合一般痕跡和特殊的痕跡來構(gòu)建更高水平的評估規(guī)則，而不需要為每一個游戲完全重新設(shè)計評估系統(tǒng)。

三、運用學(xué)習(xí)分析技術(shù)進(jìn)行評價的方法

運用學(xué)習(xí)分析技術(shù)對教育游戲的評價過程如下：先是為了促進(jìn)評估而記錄的痕跡的類型和從這些痕跡中得到的信息。然后為了達(dá)到更詳細(xì)的對結(jié)論的推斷，教師需要定義特殊的評估規(guī)則。

1.通用的痕跡

在嚴(yán)肅游戲中運用學(xué)習(xí)分析技術(shù)會有重大的技術(shù)挑戰(zhàn)。教育游戲的種類包括廣泛的游戲派別和類型，需要個別對待。然而，在所有電子游戲中游戲者與游戲的交互都是有意義的。[4]這些交互描繪了發(fā)生在游戲中的每一件事，可以被用于評價。在下面的段落中我們呈現(xiàn)了一系列有意義的交互，稱作痕跡，它可以捕捉所有游戲中出現(xiàn)的相同事件。

（1）開始游戲，結(jié)束游戲，退出游戲

第一步評估教育游戲的一般活動和每個特殊的學(xué)生，就是去鑒定學(xué)生事實上玩了游戲而且是否自己完成，這是特別重要的，為此我們提出三種類型的痕跡：

游戲開始：這個痕跡是當(dāng)學(xué)生開始玩游戲時產(chǎn)生的。我們用這個痕跡去識別用戶通過跟蹤系統(tǒng)中的驗證信息（用戶名和密碼）。如果學(xué)生多次玩游戲，跟蹤系統(tǒng)每次都為玩家產(chǎn)生一個記錄。這個痕跡包括基本的信息（最初的時間戳），還包括完成部分的數(shù)據(jù)，如游戲運行的操作系統(tǒng)、瀏覽器的技術(shù)數(shù)據(jù)等。

游戲結(jié)束：這個痕跡是當(dāng)學(xué)生完成了游戲時產(chǎn)生的。這個痕跡包含達(dá)到的最終點的附加信息。（如果游戲有多個結(jié)局）

游戲退出：這個痕跡是學(xué)生退出游戲時產(chǎn)生的。這個痕跡可以包含一些可以識別學(xué)生退出游戲的點（階段或水平，游戲聲明的一部分）和完成狀態(tài)的環(huán)境。由于技術(shù)的限制，有時游戲并不能產(chǎn)生這些痕跡。（如果游戲在一個瀏覽器運行而且用戶關(guān)閉了窗口，游戲就不能發(fā)送“退出游戲”的信號給服務(wù)器）為了處理這個問題（至少部分地）另一種包含環(huán)境信息的痕跡在一個固定頻率的基礎(chǔ)上發(fā)布（每60s），最后收到的痕跡可以被認(rèn)為是游戲退出的痕跡。

（2）游戲階段的改變

大部分電子游戲都以章節(jié)、任務(wù)或者階段的形式構(gòu)造故事。每個階段都和下一個或游戲的中間目標(biāo)有聯(lián)系。如果可能的話，使用時間標(biāo)記記錄的學(xué)生在開始和結(jié)束每一個階段的痕跡都會提供相關(guān)數(shù)據(jù)。[5]我們獲得了關(guān)于學(xué)生在游戲中怎樣分配游戲時間的更詳細(xì)的信息。此外，如果階段探索的序列不是線性的，教師還可以搜集觀察到游戲的每一部分怎樣被訪問。

花費在每一階段的時間可以用來鑒定游戲中消耗大量時間的部分，而且如果結(jié)果是意料之外的時候還可以校正游戲設(shè)計（如重調(diào)難度、適應(yīng)內(nèi)容等）。我們提出兩種類型的痕跡來記錄這些階段怎樣被探索。

階段開始：這個痕跡是當(dāng)階段開始時產(chǎn)生的。這個痕跡包含識別這個階段的一個ID。

階段結(jié)束：這個痕跡是當(dāng)玩家結(jié)束一個階段時產(chǎn)生的。這個痕跡包含關(guān)于完成狀況的額外信息，比如成功或失敗。

（3）游戲中重要的變量

所有的游戲都使用變量去保持一些游戲的狀態(tài)。[6]通過追蹤這些變量，每個學(xué)生的游戲玩法都能重現(xiàn)。一個游戲可以包括數(shù)以千記的變量，但是只有少數(shù)在評估用途上是真正重要的。這些變量包含游戲的分?jǐn)?shù)和完成游戲的機(jī)會等。一個產(chǎn)生的痕跡可以反映這些重要變量的最終價值，或者如果需要，還能反映他們的價值什么時候改變。隨著時間的流逝，變量的更新就代表了玩家的進(jìn)步。通過監(jiān)視，一系列相關(guān)變量隨著時間演變，我們可以觀察到玩家經(jīng)歷的中間狀態(tài)。這個類型的痕跡可以扮演一種通配符去記錄各種類型的痕跡，幾乎游戲中發(fā)生的每一件事在一個變量程度上都能被識別。

（4）交互痕跡

先前在游戲情境中跟蹤的痕跡包含的數(shù)據(jù)與游戲邏輯相關(guān)，而且他們是游戲的引擎無意間產(chǎn)生的。但是當(dāng)學(xué)生玩的時候，產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)是從他們與控制游戲的輸入設(shè)備（比如鼠標(biāo)、鍵盤、控制器、操縱桿等）的直接交互中派生出的。

理想上，跟蹤者應(yīng)該能搜集到每一次玩家的點擊，按鍵或者按鈕，并傳輸給后臺為了隨后的處理存儲起來。把所有的痕跡分組，甚至能重現(xiàn)整個游戲會話。

然而，為每一次交互存儲痕跡將消耗一定的資源，要求有效的頻寬和存儲的空間。大部分情況下，跟蹤痕跡的數(shù)量可以被減少到小部分的交互，而且它有足夠的力量去供給學(xué)習(xí)分析系統(tǒng)。因此，我們明確考慮了過濾的可能性，在給數(shù)據(jù)庫提交數(shù)據(jù)之前，不管是在客戶端還是服務(wù)器端，都要對數(shù)據(jù)有一定選擇。

無論如何，所有的輸入痕跡都應(yīng)該包含產(chǎn)生它的設(shè)備（鍵盤、鼠標(biāo)、控制器、操縱桿）、執(zhí)行的活動（按按鈕、移動、點擊）、輸入的相關(guān)數(shù)據(jù)（按鍵代買、鼠標(biāo)位置、控制器按鈕等）信息。

2.對數(shù)據(jù)的分析和報告

第一個問題就是怎樣把簡單的游戲和用戶交互的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成與教師相關(guān)并有用的評估信息。在這些痕跡上運用一般的網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)、分析工具可以產(chǎn)生出一般的包含游戲不可知信息的報告。例如：使用游戲痕跡可以知道有多少學(xué)生玩了游戲、多少人完成了、多少人在完成前退出。所有痕跡都包含一個時間戳，我們可以更好地計算一組學(xué)生中平均和最壞的完成時間。在退出游戲痕跡的情境中，我們可以識別用戶在哪一點停止了游戲。這個信息可以幫助推斷他們停止游戲的原因。當(dāng)學(xué)生在同一點周期性地退出游戲，教師就可以指出一個游戲設(shè)計的問題或者一個技術(shù)錯誤，還可以找出一種教育內(nèi)容上的缺陷或者是不能平衡的困難。

運用階段痕跡可以形成可視化的報告（使用圖表）表現(xiàn)玩家是怎樣進(jìn)入游戲結(jié)構(gòu)的（表現(xiàn)在一個有向圖中），使用時間戳顯示在所有階段花費的時間是怎樣分布的。這些報告也允許通過顯示過度消耗時間的階段來識別游戲設(shè)計的缺陷，或者對學(xué)生來說是困難的教育專題。如果玩家可以自由探索階段，也能形成所有階段的完成狀況的報告。

使用有意義變量的痕跡，我們可以為一些有趣的變量列出最后的價值。例如：如果游戲有分?jǐn)?shù)的變量，或者一個追蹤第二目標(biāo)的最后狀態(tài)的變量，每一個玩家的最終價值都將被展現(xiàn)出來。

使用輸入痕跡，我們可以部分地（或完整地、依靠輸入記錄的數(shù)量）重現(xiàn)游戲會話。轉(zhuǎn)而，結(jié)合這些痕跡和被階段痕跡記錄的信息，可以產(chǎn)生每一階段交互如何分布的報告。更具體地說，可以探究每個場景中熱圖的產(chǎn)生：它是通過聚集每一次鼠標(biāo)點擊的坐標(biāo)獲得的，然后在場景背景的上面把它們的位置可視化，這就允許識別屏幕上收到更多用戶注意的那些點。然而，盡管這些信息提供了對學(xué)生和游戲怎樣交互的理解，還提供一些相關(guān)的反饋，但它并不足以支持一個完整的評估過程，需要更特殊的報告來獲得對學(xué)生怎樣與材料進(jìn)行交互和學(xué)習(xí)的理解。

3.特殊的評估規(guī)則

前面的部分是受傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分析報告的啟發(fā)而描述了基本的基于簡單分析的報告方法。那些報告在所有的游戲中可以不用特別努力就自動產(chǎn)生。然而，教育評估是特別基于學(xué)生在確定的領(lǐng)域達(dá)到的目標(biāo)。當(dāng)某些條件達(dá)到了，一個目標(biāo)就被認(rèn)為實現(xiàn)了，而且這些條件大多依賴于每一個特定的游戲。然而，設(shè)計和搜集每一個游戲的特殊信息痕跡是不合適的，因為結(jié)果通常會很貴。

總之，追蹤簡單的數(shù)據(jù)是不夠的，而且追蹤增加的數(shù)據(jù)是依賴游戲的，因此代價更高一些。所以，我們提倡在先前描述的一般信息痕跡之上構(gòu)建游戲特定的評估規(guī)則。我們的評估規(guī)則是以這個觀點為基礎(chǔ)的，作為一個起點，運用一系列“通用”的痕跡，我們定義了下列條件的類型：

時間：因為所有的痕跡都包含一個時間戳，可以為每一個階段或整個游戲設(shè)定最高時間閾限，并且通過比較實際完成時間和閾限自動為學(xué)生打分；還可以為游戲設(shè)置最小的閾限，游戲有一些重復(fù)的動作會使學(xué)生忙一陣子，閾限的分?jǐn)?shù)將使學(xué)生提高其極限。例如，要完成游戲時間必須少于10分鐘；要完成“第二階段”必須少于30秒。

變量X的最終價值比Y的高或者低：環(huán)境在游戲的結(jié)尾檢查了一些變量的價值。X可以通過操作兩個或更多的變量被獲得，Y可以是可配置的值或者其他的變量。例如，“死亡次數(shù)”的值必須少于5次；變量“分?jǐn)?shù)”必須大于1000；變量“目標(biāo)1完成”必須是真的。

呈現(xiàn)的痕跡：一個特殊的痕跡生成于玩游戲的過程中，例如，“游戲結(jié)束”。

小組結(jié)果：教師可以為每個游戲定義最小成功率和程序預(yù)警，當(dāng)最低成功率沒有達(dá)到時，他們也能為游戲界定學(xué)生假設(shè)的數(shù)量，且當(dāng)完成任務(wù)的截止期限臨近時，如果這些數(shù)量沒有滿足，會被警告。通過分析小組結(jié)果，教師也能對評價系統(tǒng)進(jìn)行測量。例如，如果獲得好成績的學(xué)生的數(shù)量非常少，時間閾限就可以放寬，并且自動獲得新的評估報告。

更復(fù)雜的條件可以通過結(jié)合這些邏輯運算符“或、與、非”被定義。顯然這些報告規(guī)則不能被一般地制定：特殊的位置（A，B），或者價值（X，Y）都緊緊依賴于每個特殊的游戲。此外，為了匹配游戲的教育目標(biāo)它們都必須仔細(xì)地被調(diào)整。然而，這些評估規(guī)則的信息源就是被一系列通用痕跡所廣泛覆蓋的事件，因此創(chuàng)造可以用于不同游戲的規(guī)則是可能的，并且只需要一點點的調(diào)整。

結(jié)合這些簡單的規(guī)則，可以定義復(fù)雜的目標(biāo)去規(guī)定反映學(xué)生獲得了期望的教育目標(biāo)的情況。教育目標(biāo)可以是個人的，也可以是為小組設(shè)置的。

四、案例研究

文章《Application of Learning Analytics in educational videogames》中Lost in Space 的案例很好地說明了兩步法的應(yīng)用過程。

Lost in Space 是一款為了學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的XML可擴(kuò)展標(biāo)識語言和DTD文件類型的智力游戲，游戲分為難度遞增的幾個階段。在每一階段，學(xué)生必須在一個網(wǎng)格板上引導(dǎo)一架宇宙飛船從一個起點飛到一個蟲洞。他們必須碼出真實的XML代碼片段，然后才能發(fā)送到一個把代碼翻譯成游戲操作的解釋器來引導(dǎo)飛船。一些XML交互包括推進(jìn)一個空間、旋轉(zhuǎn)、等待幾秒鐘或者射擊。[1]

1.研究計劃

當(dāng)學(xué)生寫真實的XML文件時，我們想讓他們頻繁運用最近學(xué)到的知識，而且這些是評估數(shù)據(jù)的主要來源。我們設(shè)計這個案例來探索實時的可視化數(shù)據(jù)并生成復(fù)雜的分?jǐn)?shù)，我們設(shè)置了三種評估的條件：

分?jǐn)?shù)目標(biāo)：集中于基于有意義變量的一般痕跡。特別是在可變分?jǐn)?shù)上的變更的游戲報告，如果獲得了大于1000的值（最大分?jǐn)?shù)3000），評估條件就被認(rèn)為是成功的。

有效的XML文件：每一個會話游戲還暴露了一個使用正確的百分比XML片段的變量。如果正確XML片段的百分比最后高于75%這個評估規(guī)則就會被激活。

完成時間：這個規(guī)則用于測量完成整個游戲的時間，從第一階段開始到最后階段結(jié)束，結(jié)果應(yīng)該少于30分鐘。

結(jié)合這些痕跡，教師就能很容易去閱讀報告并很快地驗證個人在游戲中的進(jìn)步。

此外，為了測試這些痕跡怎樣實時地用于評估每一個學(xué)生的進(jìn)步，測試的一個實時可視化工具還要報告當(dāng)下的分?jǐn)?shù)和每個學(xué)生成功完成的最新級別。

2.結(jié)果

我們用來自網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計課程的37個學(xué)生測試了游戲，他們在教師看守下在一個電腦實驗室玩這個游戲，教師通過報告屏幕幫助并留意進(jìn)步。

這個會話是一個對方法可用性和報告工具有效性的開放的測試，因為這個原因它并沒有像真正評估一樣有組織。然而94%的學(xué)生成功完成了游戲（只有兩個沒完成），81%的學(xué)生的分?jǐn)?shù)超過了1000分。但是，只有24%的學(xué)生在30分鐘內(nèi)完成了游戲。

然而，會話真正的目的不是獲得學(xué)生的評估，而是在真實的環(huán)境中嘗試這個評估方法。在這個意義上來說結(jié)果是有趣的，證明實時的可視化對教師的現(xiàn)場管理是一個很有價值的工具。

3.討論和經(jīng)驗教訓(xùn)

通過這個研究案例，我們測試了創(chuàng)造更復(fù)雜的評估工具的可能性。關(guān)于對學(xué)習(xí)的評估，我們已經(jīng)建立了不同的可以運用一般痕跡作為數(shù)據(jù)資源的評估條件和目標(biāo)。這個結(jié)果成功允許教師得到關(guān)于每個學(xué)生在游戲會話中怎樣表現(xiàn)的基本的反饋。然而，需要注意的是這些分?jǐn)?shù)是試探性的，他們并沒有考慮到計算學(xué)生的官方成績。實時的跟蹤屏幕對教師是有用的，顯示學(xué)生的進(jìn)步和識別那些有問題的學(xué)生，補(bǔ)救行動能接近學(xué)生和解釋為什么他們不能成功制定正確的解決方法。

五、總結(jié)和展望

本文中我們提出一種兩步法來應(yīng)用學(xué)習(xí)分析技術(shù)支持教育游戲的評估。我們嘗試處理的主要問題是，當(dāng)學(xué)習(xí)分析技術(shù)看起來有前途時，特別是在游戲中，它們應(yīng)用于嚴(yán)肅游戲中是很難推廣的，規(guī)模是昂貴的而且很難組織。[7]當(dāng)特有的學(xué)習(xí)分析方法集中于測量與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器（在完善的協(xié)議中運行）的交互時，游戲分析需要更復(fù)雜的過程去收集和分析信息，可能會導(dǎo)致很好的結(jié)果，但也會伴隨著高的復(fù)雜性和代價。

兩步法的具體內(nèi)容是：第一層提出適用于大多數(shù)嚴(yán)肅游戲的對一般痕跡的簡單設(shè)置。繼而，一個附加的用來生成更詳盡報告的通過利用這些一般痕跡去洞察學(xué)生是怎樣玩耍和學(xué)習(xí)的評估層產(chǎn)生了。這些報告有三種用途：第一，對痕跡的研究允許開發(fā)者去平衡游戲的設(shè)計，在游戲中準(zhǔn)確找出值得作者緊密關(guān)注的缺點；第二，設(shè)置評估條件和規(guī)則允許對成功指標(biāo)的定義，最終可以被用做一個評分機(jī)制；最后，實時可視化的規(guī)定幫助教師洞察每個學(xué)生進(jìn)步的過程，并提供一個干預(yù)的機(jī)會。

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（編輯：王天鵬）